RU2270454C2

RU2270454C2 - Circuit for measuring difference of group delay time (variants)

Info

Publication number: RU2270454C2
Application number: RU2004126051/28A
Authority: RU
Inventors: н Гарри Романович Аванес (RU); Гарри Романович Аванесян
Original assignee: Гарри Романович Аванесян
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-02-20
Also published as: RU2004126051A

Abstract

FIELD: engineering of circuits for estimating time discrepancy, occurring in two-channeled signals passing routes, for instance, in stereo-amplifiers.

SUBSTANCE: circuit has two two-channeled multiplexers, outputs of which are connected to inputs of time shifts meter. Output of time shifts meter is connected to input of block for computing estimate of difference of group delay time. Inputs of one of multiplexers are connected to inputs of researched amplifier, and inputs of another multiplexer - to outputs of amplifier. Difference of group signals delay time, signals coming from outputs of tested amplifier, is measured by means of alternating measurements of delay, appearing in each one of amplifier channels. In accordance to second variant in the circuit outputs of time shifts meter are connected to outputs of multiplexers through two identical filters. Time shifts meter can be correlation meter of time shifts.

EFFECT: circuit makes it possible to perform measurements using any random signals as test signals, spectrums of which lie within target frequencies range, independently for each channel.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для измерения относительного временного сдвига реальных случайных сигналов на выходах двух каналов стереоусилителя.The invention relates to the field of radio measurements and can be used to measure the relative time shift of real random signals at the outputs of two channels of a stereo amplifier.

В настоящее время временное рассогласование каналов стереоусилителя, вызванное неидентичностью динамических характеристик каналов, оценивают путем измерения разности фаз сигналов на выходах двух каналов, при этом измерения проводят на гармоническом сигнале, который подают одновременно на оба входа стереоусилителя [Радиовещание и электроакустика /С.И.Алябьев, А.В.Выходец, Р.Гермер и др. Под ред. Ю.А.Ковалгина - М.: Радио и связь, 2000, стр. 775]. Существенным недостатком такого способа является необходимость перевода исследуемого усилителя в специальный измерительный режим, а следовательно, прерывание выполнения усилителем своих рабочих функций. Попытка измерить временное рассогласование на рабочем сигнале, например, путем взаимокорреляционного анализа выходных случайных сигналов стереоусилителя классическими способами также не удается, так как оценка временного сдвига корреляционным путем требует априорного знания знака временного сдвига. Особенностью же стоящей задачи является именно априорная неопределенность знака относительной задержки сигналов. В данном случае работоспособными оказываются фазометры, для которых направление сдвига фаз роли не играет, но которые, в свою очередь, требуют подачи на оба входа стереоусилителя одного тестового сигнала - гармонического напряжения и, следовательно, отключения усилителя от рабочего тракта.Currently, the temporal mismatch of the stereo amplifier channels caused by the non-identical dynamic characteristics of the channels is estimated by measuring the phase difference of the signals at the outputs of two channels, while the measurements are performed on a harmonic signal that is fed simultaneously to both inputs of the stereo amplifier [Radio broadcasting and electroacoustics / S.I. Alyabyev , A.V. Vykhodets, R. Germer and others. Ed. Yu.A. Kovalgina - M.: Radio and Communications, 2000, p. 775]. A significant drawback of this method is the need to transfer the studied amplifier into a special measuring mode, and therefore, the interruption of the amplifier's performance of its working functions. An attempt to measure the temporal mismatch on the working signal, for example, by inter-correlation analysis of the output random signals of the stereo amplifier using classical methods, also fails, since estimating the time shift by the correlation way requires an a priori knowledge of the sign of the time shift. A feature of the task at hand is precisely the a priori uncertainty of the sign of the relative delay of the signals. In this case, phase meters turn out to be operable, for which the direction of the phase shift does not play a role, but which, in turn, require a single test signal, the harmonic voltage, and, therefore, the amplifier is disconnected from the working path, to both inputs of the stereo amplifier.

Схема измерений (прототип), реализующая вышеописанный способ, содержит задающий генератор и фазометр, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго каналов исследуемого усилителя, входы которого объединены и подключены к выходу задающего генератора [Радиовещание и электроакустика /С.И.Алябьев, А.В.Выходец, Р.Гермер и др. Под ред. Ю.А.Ковалгина - М.: Радио и связь, 2000, стр. 775, рис.20.8].The measurement scheme (prototype) that implements the above method contains a master oscillator and a phase meter, the first and second information inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second channels of the studied amplifier, the inputs of which are combined and connected to the output of the master oscillator [Broadcasting and electroacoustics / C.I .Alyabyev, A.V. Vykhodets, R. Germer and others. Ed. Yu.A. Kovalgina - M.: Radio and Communications, 2000, p. 775, Fig. 20.8].

Недостатки схемы предопределены особенностями способа и проявляются в виде ограниченных функциональных возможностей.The disadvantages of the scheme are predetermined by the features of the method and are manifested in the form of limited functionality.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей схемы за счет измерения разности группового времени запаздывания на рабочем сигнале исследуемого усилителя без его перевода в специальный измерительный режим.The technical result achieved by using the present invention is to expand the functionality of the circuit by measuring the difference of the group delay time on the working signal of the studied amplifier without putting it into a special measuring mode.

Технический результат достигается тем, что схема для измерения разности группового времени запаздывания (вариант 1) согласно изобретению содержит два двухканальных мультиплексора, измеритель временных сдвигов случайных сигналов и блок вычисления оценки разности группового времени запаздывания, выход которого является выходом схемы, выходы первого и второго мультиплексоров подключены соответственно к двум входам измерителя временных сдвигов, выход которого соединен со входом блока вычисления оценки, первый и второй канальные входы первого мультиплексора служат соответственно первым и вторым информационными входами схемы, первый и второй канальные входы второго мультиплексора служат соответственно третьим и четвертым информационными входами схемы.The technical result is achieved by the fact that the circuit for measuring the group delay time difference (option 1) according to the invention contains two two-channel multiplexers, a random signal time shift meter and a calculation unit for estimating the group delay time difference, the output of which is the output of the circuit, the outputs of the first and second multiplexers are connected respectively, to the two inputs of the time shift meter, the output of which is connected to the input of the evaluation calculation unit, the first and second channel inputs ervogo multiplexer are respectively first and second data inputs of the circuit, the first and second channel inputs of the second multiplexer are respectively third and fourth information inputs of the circuit.

Технический результат достигается тем, что схема для измерения разности группового времени запаздывания (вариант 2) согласно изобретению содержит два двухканальных мультиплексора, два фильтра, измеритель временных сдвигов случайных сигналов и блок вычисления оценки разности группового времени запаздывания, выход которого является выходом схемы, выходы первого и второго мультиплексоров подключены ко входам соответственно первого и второго фильтров, выходы которых подключены соответственно к двум входам измерителя временных сдвигов, выход которого соединен со входом блока вычисления оценки, первый и второй канальные входы первого мультиплексора служат соответственно первым и вторым информационными входами схемы, первый и второй канальные входы второго мультиплексора служат соответственно третьим и четвертым информационными входами схемы.The technical result is achieved by the fact that the circuit for measuring the difference in group delay time (option 2) according to the invention contains two two-channel multiplexers, two filters, a measuring device for time shifts of random signals and a unit for calculating the estimate of the difference in group delay time, the output of which is the output of the circuit, the outputs of the first and the second multiplexers are connected to the inputs of the first and second filters, respectively, the outputs of which are connected respectively to two inputs of the time shift meter, the output of which is connected to the input of the evaluation calculation unit, the first and second channel inputs of the first multiplexer respectively serve as the first and second information inputs of the circuit, the first and second channel inputs of the second multiplexer respectively serve as the third and fourth information inputs of the circuit.

Кроме того, измеритель временных сдвигов случайных сигналов может быть выполнен в виде корреляционного измерителя временных сдвигов.In addition, the measuring instrument of time shifts of random signals can be made in the form of a correlation meter of time shifts.

Сущность изобретений поясняется функциональными схемами.The invention is illustrated by functional diagrams.

На фиг.1 приведена функциональная схема для измерения разности группового времени запаздывания по первому варианту, на фиг.2 - функциональная схема для измерения по второму варианту, на фиг.3 - функциональная схема блока вычисления оценки разности группового времени запаздывания.In Fig.1 shows a functional diagram for measuring the difference of the group delay time according to the first embodiment, Fig.2 is a functional diagram for measuring the second variant, Fig.3 is a functional diagram of a unit for calculating the estimation of the difference in group delay time.

Функциональная схема первого варианта (фиг.1) содержит мультиплексоры 1, 2, измеритель 3 временных сдвигов τ, блок 4 вычисления оценки Δτ* разности группового времени запаздывания, а также исследуемый двухканальный усилитель 5 с подключенными нагрузками сопротивлением R_L. Выход первого канала усилителя 5 соединен с первым входом мультиплексора 1, второй вход которого соединен с выходом второго канала усилителя 5, первый вход мультиплексора 2 объединен со входом первого канала усилителя 5, а второй вход - со входом второго канала, адресные входы мультиплексоров 1, 2 объединены и составляют управляющий вход S (Select) схемы, выходы мультиплексоров 1, 2 подключены ко входам измерителя 3, выход которого соединен со входом блока 4, выход которого служит выходом схемы.The functional diagram of the first embodiment (Fig. 1) contains multiplexers 1, 2, a time-shift meter 3, a unit 4 for calculating the estimate Δτ * of the group delay time difference, and also the studied two-channel amplifier 5 with connected loads of resistance R _L. The output of the first channel of amplifier 5 is connected to the first input of multiplexer 1, the second input of which is connected to the output of the second channel of amplifier 5, the first input of multiplexer 2 is combined with the input of the first channel of amplifier 5, and the second input is connected to the input of the second channel, address inputs of multiplexers 1, 2 combined and make up the control input S (Select) of the circuit, the outputs of the multiplexers 1, 2 are connected to the inputs of the meter 3, the output of which is connected to the input of the unit 4, the output of which serves as the output of the circuit.

Функциональная схема второго варианта (фиг.2) содержит мультиплексоры 6, 7, фильтры 8, 9, измеритель 10 временных сдвигов τ, блок 11 вычисления оценки Δτ* разности группового времени запаздывания, а также исследуемый двухканальный усилитель 12 с подключенными нагрузками сопротивлением R_L. Выход первого канала усилителя 12 соединен с первым входом мультиплексора 6, второй вход которого соединен с выходом второго канала усилителя 12, первый вход мультиплексора 7 объединен со входом первого канала усилителя 12, а второй вход - со входом второго канала, адресные входы мультиплексоров 6, 7 объединены и составляют управляющий вход S (Select) схемы, выходы мультиплексоров 6, 7 подключены через фильтры 8, 9 ко входам измерителя 10, выход которого соединен со входом блока 11, выход которого служит выходом схемы.The functional diagram of the second variant (Fig. 2) contains multiplexers 6, 7, filters 8, 9, a time shift meter 10 τ, a unit 11 for calculating the estimate Δτ * of the group delay time difference, and also a studied two-channel amplifier 12 with connected loads of resistance R _L. The output of the first channel of amplifier 12 is connected to the first input of multiplexer 6, the second input of which is connected to the output of the second channel of amplifier 12, the first input of multiplexer 7 is combined with the input of the first channel of amplifier 12, and the second input is connected to the input of the second channel, address inputs of multiplexers 6, 7 combined and make up the control input S (Select) of the circuit, the outputs of the multiplexers 6, 7 are connected through filters 8, 9 to the inputs of the meter 10, the output of which is connected to the input of the block 11, the output of which serves as the output of the circuit.

Функциональная схема блока 4 (11) вычисления оценки Δτ* разности группового времени запаздывания (фиг.3) содержит блок 13 вычитания и регистр 14, выход которого является выходом блока 4 (11), входом которого служит вход уменьшаемого блока 13, вход вычитаемого которого соединен с выходом регистра 14, вход которого соединен с выходом блока 13.Functional diagram of block 4 (11) for calculating the estimate Δτ * of the group delay time difference (Fig. 3) contains a subtraction block 13 and a register 14 whose output is the output of block 4 (11), the input of which is the input of the reduced block 13, the input of which is subtracted is connected with the output of the register 14, the input of which is connected to the output of block 13.

Для измерения разности группового времени запаздывания Δτ между каналами, например, стереоусилителя в схемах по фиг.1 и 2 реализован принцип поочередной оценки вносимых задержек в каждом из каналов τ₁ и τ_2. Здесь τ₁ - время запаздывания сигнала в левом (первом) канале, а τ₂ - в правом (втором) канале. При таком подходе измерения можно проводить на любых случайных сигналах, спектр которых лежит в полосе частот интересующей исследователя, и, кроме того, сигналы, подаваемые на входы двух каналов, могут быть различными, что и соответствует нормальному режиму функционирования стереоусилителя. Учитывая, что сигнал на выходе усилителя не может не запаздывать по отношению к сигналу на входе, то, следовательно, задача выяснения знака временного сдвига τ₁ или τ₂ также не стоит, поскольку знак известен заранее как исходное условие. Значит, для измерения временных сдвигов можно применять известные устройства оценки временного рассогласования случайных сигналов, в которых один из сигналов априори принимается за опорный, опережающий. Таким образом, схемы, представленные на фиг.1 и 2, позволяют работать с реальными случайными сигналами вместо специальных измерительных и измерять величину Δτ=τ₂-τ₁ при помощи классических средств временного анализа.To measure the difference of the group delay time Δτ between the channels of, for example, the stereo amplifier in the circuits of Figs. 1 and 2, the principle of alternating estimation of the introduced delays in each of the channels τ ₁ and τ 2 is implemented _. Here, τ ₁ is the delay time of the signal in the left (first) channel , and τ ₂ - in the right (second) channel. With this approach, measurements can be performed on any random signals whose spectrum lies in the frequency band of the researcher of interest, and, in addition, the signals supplied to the inputs of the two channels can be different, which corresponds to the normal mode of operation of the stereo amplifier. Considering that the signal at the output of the amplifier cannot but lag with respect to the signal at the input, then, therefore, the task of determining the sign of the time shift τ ₁ or τ _{2 is} also not worth it, since the sign is known in advance as the initial condition. Therefore, to measure the time shifts, known devices for evaluating the temporal mismatch of random signals can be used, in which one of the signals is a priori taken as the reference one, the leading one. Thus, the circuits shown in figures 1 and 2, allow you to work with real random signals instead of special measuring and measure the value Δτ = τ ₂ -τ ₁ using classical means of time analysis.

Процесс получения оценки Δτ* на функционально-аппаратном уровне (фиг.1) достаточно прост и состоит из двух этапов. При S=0 мультиплексоры 1, 2 коммутируют на входы измерителя 3 сигналы левого канала - входной U_вх1(t) и выходной U_вых1(t). Предполагается, что U_вх1(t)=U_вых1(t+τ₁). Измеренная в блоке 3 величина τ₁ посылается в блок 4, где она хранится до окончания цикла измерений. Далее, на втором этапе на управляющий вход S подают логическую единицу и мультиплексоры 1, 2 переключают на входы измерителя 3 сигналы правого канала - входной U_вх2(t) и выходной U_вых2(t), причем предполагается, что U_вх2(t)=U_вых2(t+τ₂). Измеренное на втором этапе значение τ₂, также как и на первом этапе, пересылается в блок 4, в котором вычисляется разность τ₂-τ₁, являющаяся искомой оценкой Δτ*.The process of obtaining an estimate of Δτ * at the functional-hardware level (Fig. 1) is quite simple and consists of two stages. When S = 0, multiplexers 1, 2 commute the signals of the left channel to the inputs of meter 3: input U _input1 (t) and output U _output1 (t). It is assumed that U _in1 (t) = U _out1 (t + τ ₁ ). The value of τ ₁ measured in block 3 is sent to block 4, where it is stored until the end of the measurement cycle. Further, at the second stage, a logical unit is supplied to control input S and multiplexers 1, 2 switch the signals of the right channel to the inputs of meter 3: input U _input2 (t) and output U _output2 (t), and it is assumed that U _input2 (t) = U _o2 (t + τ ₂ ). The value of τ ₂ measured in the second stage, as well as in the first stage, is sent to block 4, in which the difference τ ₂ −τ ₁ is calculated, which is the desired estimate Δτ *.

Влияние реактивностей в реальных устройствах приводит к запаздыванию различных частотных составляющих, то есть появляется искажающая выходной сигнал зависимость временного сдвига τ от частоты ω. Исходя из факта существующей зависимости τ(ω) целесообразно измерять Δτ не только во всей полосе частот, получая некоторую интегральную оценку Δτ*, но и на отдельных участках спектра. Для этого схему по фиг.1 дополняют частотно-избирательными цепями. Такой вариант показан на фиг.2 и отличается от вышерассмотренного первого лишь наличием двух идентичных фильтров 8 и 9, которые могут быть как полосовыми, так и фильтрами нижних или верхних частот. Форма частотной характеристики фильтра зависит от конкретных решаемых задач.The effect of reactivity in real devices leads to the delay of various frequency components, i.e., the dependence of the time shift τ on the frequency ω appears to distort the output signal. Based on the fact of the existing dependence τ (ω), it is advisable to measure Δτ not only in the entire frequency band, obtaining some integral estimate of Δτ *, but also in individual parts of the spectrum. To this end, the circuit of FIG. 1 is supplemented with frequency selective circuits. This option is shown in figure 2 and differs from the above first only by the presence of two identical filters 8 and 9, which can be both band-pass and low-pass or high-pass filters. The shape of the frequency response of the filter depends on the specific tasks being solved.

В качестве измерителя 3 (10) временных сдвигов τ может быть использован корреляционный измеритель, разрешение по задержке и диапазон измеряемых значений которого отвечает требованиям поставленных задач. Примером является устройство, описанное в [Пат. РФ №2229157. Опубл. в Бюл. №14, 2004].As a measurer of 3 (10) time shifts τ, a correlation meter can be used, the delay resolution and the range of measured values of which meets the requirements of the tasks. An example is the device described in [US Pat. RF №2229157. Publ. in bull. No. 14, 2004].

Одним из вариантов реализации блока 4 (11) вычисления оценки Δτ* может быть схема накапливающего вычитателя (по аналогии с накапливающим сумматором), работающего в цикле измерений всего два такта. В первом такте по фронту импульса CLK, по окончании первого этапа измерений, в регистр 14 заносится код величины τ₁, поступающий с выхода блока 13 (в исходном состоянии регистр 14 обнулен). Во втором такте, после второго этапа измерений, когда подготовлен код величины τ₂, происходит вычитание записанного в регистр 14 кода τ₁ из кода τ₂. Результат Δτ* по фронту второго тактового импульса записывается в регистр 14.One of the options for the implementation of block 4 (11) for calculating the estimate Δτ * can be a scheme of an accumulating subtractor (by analogy with an accumulating adder) operating in a measurement cycle of only two clock cycles. In the first cycle, along the edge of the CLK pulse, at the end of the first measurement stage, a value code _{1 is} entered in register 14, coming from the output of block 13 (in the initial state, register 14 is reset). In the second cycle, after the second phase measurements when code values prepared τ ₂ occurs subtraction recorded into register 14 a code from the code τ ₁ τ _2. The result Δτ * along the edge of the second clock pulse is written into register 14.

Claims

1. A circuit for measuring the difference in group delay time, characterized in that it contains two two-channel multiplexers, a random-time meter and a unit for computing estimates of the difference in group delay times, the output of which is the output of the circuit, the outputs of the first and second multiplexers are connected respectively to the two inputs of the meter time shifts, the output of which is connected to the input of the evaluation calculation unit, the first and second channel inputs of the first multiplexer respectively serve as the first m and the second information inputs of the circuit, the first and second channel inputs of the second multiplexer respectively serve as the third and fourth information inputs of the circuit.

2. The circuit according to claim 1, characterized in that the time-shift meter is made in the form of a correlation time-shift meter.

3. A circuit for measuring the difference of the group delay time, characterized in that it contains two two-channel multiplexers, two filters, a measuring instrument of time shifts of random signals and a unit for calculating the estimation of the difference of the group delay time, the output of which is the output of the circuit, the outputs of the first and second multiplexers are connected to the inputs respectively, of the first and second filters, the outputs of which are connected respectively to two inputs of the time shift meter, the output of which is connected to the input of the calculation unit estimates, the first and second channel inputs of the first multiplexer respectively serve as the first and second information inputs of the circuit, the first and second channel inputs of the second multiplexer respectively serve as the third and fourth information inputs of the circuit.

4. The circuit according to claim 3, characterized in that the time-shift meter is made in the form of a correlation time-shift meter.